JP5627781B2 - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5627781B2
JP5627781B2 JP2013521509A JP2013521509A JP5627781B2 JP 5627781 B2 JP5627781 B2 JP 5627781B2 JP 2013521509 A JP2013521509 A JP 2013521509A JP 2013521509 A JP2013521509 A JP 2013521509A JP 5627781 B2 JP5627781 B2 JP 5627781B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
photoelectric conversion
electrode layer
conversion device
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013521509A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2012176589A1 (ja
Inventor
阿部 真一
真一 阿部
山本 晃生
晃生 山本
誠司 小栗
誠司 小栗
計匡 梅里
計匡 梅里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2013521509A priority Critical patent/JP5627781B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5627781B2 publication Critical patent/JP5627781B2/ja
Publication of JPWO2012176589A1 publication Critical patent/JPWO2012176589A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/065Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the graded gap type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/032Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

Description

本発明は、I−III−VI族化合物を含む半導体層を具備した光電変換装置に関する。
太陽光発電等に使用される光電変換装置として、CISやCIGS等のカルコパイライト系のI−III−VI族化合物によって半導体層が形成されたものがある。このような光電変換装置は、例えば特開平10−135498号公報(以下、特許文献1という)に開示されている。
I−III−VI族化合物を含む光電変換装置は、複数の光電変換セルが平面的に並設された構成を有する。各光電変換セルは、ガラス等の基板の上に、金属電極等の下部電極と、光吸収層としてのI−III−VI族化合物を含む半導体層と、バッファ層と、透明電極や金属電極等の上部電極とが、この順に積層されて構成される。また、複数の光電変換セルは、隣り合う一方の光電変換セルの上部電極と他方の光電変換セルの下部電極とが接続導体によって電気的に接続されることで、電気的に直列に接続されている。
光電変換装置には、光電変換効率の向上が常に要求される。この光電変換効率は、光電変換装置において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示し、例えば、光電変換装置から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、100が乗じられることで導出される。そこで本発明は、光電変換装置における光電変換効率の向上を図ることを目的とする。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、電極層と、該電極層上に位置するI−III−VI族化合物を含む半導体層とを備えており、該半導体層は、III−B族元素に対するI−B族元素の原子数比が、前記半導体層の前記電極層側の一主面側から厚み方向の中央部に向かって減少しているとともに該中央部から前記電極層とは反対側の他主面側に向かって増加している。
本発明の上記実施形態によれば、光電変換装置における変換効率が向上する。
光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。 図1の光電変換装置の断面図である。 第1の半導体層の組成比を示すグラフである。 評価用の光電変換装置における第1の半導体層の組成比を示すグラフである。 評価用の光電変換装置における第1の半導体層の組成比を示すグラフである。 評価用の光電変換装置における第1の半導体層の組成比を示すグラフである。
以下に本発明の一実施形態に係る光電変換装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の一例を示す斜視図であり、図2はその断面図である。光電変換装置11は、基板1と、第1の電極層2と、I−III−VI族化合物を含む半導体層である第1の半導体層3と、第2の半導体層4と、第2の電極層5とを具備している。
第1の半導体層3と第2の半導体層4とは導電型が異なっており、これらが電気的に接続されている。これにより、電荷を良好に取り出すことが可能な光電変換体が形成される。例えば、第1の半導体層3がp型であれば、第2の半導体層4はn型である。なお、第1の半導体層3と第2の半導体層4との間に高抵抗のバッファ層が介在していてもよい。本実施形態では、第1の半導体層3が一方導電型の光吸収層であり、第2の半導体層4がバッファ層と他方導電型半導体層とを兼ねている例を示している。
また、本実施形態における光電変換装置11は、第2の電極層5側から光が入射されるものを想定しているが、これに限定されず、基板1側から光が入射されるものであってもよい。
図1、図2において、複数の光電変換セル10が並べられて互いに電気的に接続され、光電変換装置11が構成されている。光電変換セル10は、第1の半導体層3の基板1側に第1の電極層2と離間して設けられた第3の電極層6を具備している。そして、第1の半導体層3に設けられた接続導体7によって、第2の電極層5と第3の電極層6とが電気的に接続されている。図1、図2においては、この第3の電極層6は、隣接する光電変換セル10の第1の電極層2が延伸されたものである。この構成により、隣接する光電変換セル10同士が直列接続されている。なお、1つの光電変換セル10内において、接続導体7は第1の半導体層3および第2の半導体層4を貫通するように設けられており、第1の電極層2と第2の電極層5とで挟まれた第1の半導体層3と第2の半導体層4とで光電変換が行なわれる。
基板1は、光電変換セル10を支持するためのものである。基板1に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。
第1の電極層2および第3の電極層6は、Mo、Al、TiまたはAu等の導電体が用いられ、基板1上にスパッタリング法または蒸着法等で形成される。
第1の半導体層3はI−III−VI族化合物を含んでいる。I−III−VI族化合物とは、I−B族元素(11族元素ともいう)とIII−B族元素(13族元素ともいう)とVI−B族元素(16族元素ともいう)との化合物であり、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物と呼ばれる(CIS系化合物ともいう)。I−III−VI族化合物としては、例えば、Cu(In,Ga)Se(CIGSともいう)、Cu(In,Ga)(Se,S)(CIGSSともいう)、およびCuInSe(CISともいう)が挙げられる。なお、Cu(In,Ga)Seとは、CuとInとGaとSeとを主に含んだ化合物をいう。また、Cu(In,Ga)(Se,S)とは、CuとInとGaとSeとSとを主に含んだ化合物をいう。このようなI−III−VI族化合物は光電変換効率が高く、10μm以下の薄層として用いても有効な起電力を得ることができる。
第1の半導体層3は、図3に示すように、III−B族元素(III−B族元素が複数種ある場合は、それらの合計である)に対するI−B族元素(I−B族元素が複数種ある場合はそれらの合計である)の原子数比(以下、III−B族元素に対するI−B族元素の原子数比を原子数比Cという)が、第1の半導体層3の第1の電極層2側の一主面側から厚み方向の中央部Mに向かって減少しているとともに中央部Mから第2の半導体層4側の他主面側に向かって増加している。つまり、原子数比Cが中央部Mにおいて極小値を示している。図3は第1の半導体層3の厚み方向における組成分布の一例を示すグラフである。図3のグラフにおいて、横軸は第1の半導体層3の第1の電極層2からの距離を示し、縦軸は第1の半導体層3における原子数比Cを示している。
このような構成により、第1の半導体層3の第1の電極層2の近傍においては、第1の半導体層3の価電子帯のエネルギー準位を良好に傾斜させることができる。つまり、第1の半導体層3の価電子帯が第1の電極層2へ近付くほど価電子帯のエネルギー準位を高くすることができ、光電変換によって生じた正孔が第1の電極層2へ移動しやすくなる。また、第1の半導体層3の第2の半導体層4の近傍においては、I−B族元素の比率が高いことによって第1の半導体層3の結晶化度を高めることができる。よって、第2の半導体層4との電気的な接合が良好となる。以上のことから、光電変換によって生じた電子と正孔の再結合が低減し、光電変換装置11の光電変換効率が高くなる。
なお、中央部Mは第1の半導体層3の厚みの1/2の部位(一主面と他主面との丁度、中間にあたる部位)に限定されず、第1の半導体層3の両主面間(一主面と他主面との間)の部位に位置していればよい。第1の半導体層3の厚み方向における結晶性のばらつきを低減するという観点から、中央部Mは、第1の半導体層3の厚みをLとしたときに、第1の電極層2からの距離が0.3L以上0.7L以下の範囲にあってもよい。
第1の半導体層3の結晶性と光電変換による電荷の移動度とをともに向上させるという観点からは、第1の半導体層3の中央部Mから第1の電極層2側の領域における原子数比Cが最大となる部位の原子数比CをXとし、中央部Mにおける原子数比CをYとしたときに、0.1≦X−Y≦0.5としてもよい。また、第1の半導体層3の中央部Mから第2の半導体層4側の領域における原子数比Cが最大となる部位の原子数比CをZとしたときに、0.05≦Z−Y≦0.2としてもよい。
また、第1の半導体層3における正孔の第1の電極層2側への移動度をさらに高めるという観点からは、原子数比Cが第1の半導体層3の第1の電極層2側の一主面側において最大となっていてもよい。このような構成であると、第1の半導体層3の第1の電極層2側近傍における価電子帯のエネルギー準位の傾斜がより急となり、正孔の第1の電極層2への移動がより高められる。
また、第1の半導体層3における歪を低減するという観点からは、中央部Mは、第1の半導体層3の一主面と他主面との中間(第1の半導体層3の厚みの1/2の部位)よりも第1の電極層2寄りに位置していてもよい。つまり、原子数比Cの極小値を示す部位が第1の電極層2寄りに位置していてもよい。このような構成であると、中央部Mから第2の半導体層4に向かって増加するI−B族元素の増加率が緩やかとなり、結晶性の違いによる歪を低減することができる。その結果、歪による欠陥が低減され、電子と正孔の再結合がより低減されるとともに、中央部Mから第1の電極層2に向かって価電子帯のエネルギー準位の傾斜がより急となり、正孔の第1の電極層2への移動度もより高くなる。
また、金属的な性質を有するI−VI族化合物の異相の生成を低減して光電変換効率をより高めるという観点からは、原子数比Cが、第1の半導体層3の厚み方向の全体において1よりも小さくてもよい。
さらに、吸収波長領域を広げるという観点から、第1の半導体層3はIII−B族元素としてInとGaとを含み、InとGaの合計に対するGaの原子数比が、第1の半導体層2側の主面から中央部Mに向かって減少していてもよい。このような構成により、Gaの原子数比の変化による伝導帯のエネルギー準位の変化と、I−B族元素の原子数比の変化による価電子帯のエネルギー準位の変化とによって、第1の半導体層3のバンドギャップが厚み方向で大きく変化することとなり、吸収波長領域が広がり、光電変換装置11の光電変換効率がより高められる。
このような第1の半導体層3は、例えば、以下のような方法で作製することができる。まず、I−B族元素およびIII−B族元素を含む皮膜を、原料溶液を塗布することによって、あるいは、スパッタリング等の薄膜形成方法によって作製する。この皮膜形成の際、III−B族元素に対するI−B族元素の比率を変えて複数の皮膜を積層する。そして、カルコゲン元素を含む雰囲気中でこの皮膜を加熱することにより、III−B族元素に対するI−B族元素の原子数比Cが厚み方向において変化したI−III−VI族化合物を含む第1の半導体層3を形成することができる。
光電変換装置11では、第1の半導体層3上に第1の半導体層3とは異なる導電型の第2の半導体層4が形成されている。第1半導体層3および第2半導体層4は、一方がn型で他方がp型の異なる導電型を有しており、これらがpn接合している。または、第1半導体層3がp型であり第2半導体層4がn型であってもよく、逆の関係であってもよい。なお、第1半導体層3および第2半導体層4によるpn接合は、第1半導体層3と第2半導体層4とが直接接合しているものに限らない。例えば、これらの間に第1半導体層3と同じ導電型の他の半導体層かまたは第2半導体層4と同じ導電型の他の半導体層をさらに有していてもよい。また、第1半導体層3と第2半導体層4との間に、i型の半導体層を有するpin接合であってもよい。
第2半導体層4としては、CdS、ZnS、ZnO、InSe、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が挙げられる。この場合、第2半導体層4は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で10〜200nmの厚みで形成される。なお、In(OH,S)とは、InとOHとSとを主に含む化合物をいう。(Zn,In)(Se,OH)は、ZnとInとSeとOHとを主に含む化合物をいう。(Zn,Mg)Oは、ZnとMgとOとを主に含む化合物をいう。
第2の電極層5は、ITO、ZnO等の厚みが0.05〜3μmの透明導電膜である。透光性および導電性を高めるため、第2の電極層5は第2の半導体層4と同じ導電型の半導体で構成されてもよい。第2の電極層5は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長(CVD)法等で形成される。第2の電極層5は、第2の半導体層4よりも抵抗率の低い層であり、第1の半導体層3で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第2の電極層5の抵抗率が1Ω・cm以下でシート抵抗が50Ω/□以下であってもよい。
第2の電極層5は第1の半導体層3の吸収効率を高めるため、第1の半導体層3の吸収光に対して光透過性を有していてもよい。光透過性を高めるとともに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第2の電極層5は0.05〜0.5μmの厚さであってもよい。また、第2の電極層5と第2の半導体層4との界面での光反射を低減するという観点から、第2の電極層5と第2の半導体層4の屈折率差は小さくてもよい。
光電変換セル10は、複数個が並べられて電気的に接続され、光電変換装置11と成る。隣接する光電変換セル10同士を容易に直列接続するために、図1に示すように、光電変換セル10は、第1の半導体層3の基板1側に第1の電極層2と離間して設けられた第3の電極層6を具備している。そして、第1の半導体層3に設けられた接続導体7によって、第2の電極層5と第3の電極層6とが電気的に接続されている。
図1において、接続導体7は、第1の半導体層3、第2の半導体層4および第2の電極層5を貫通する溝内に、導電性ペースト等の導体が充填されて形成されている。接続導体7はこれに限定されず、第2の電極層5が延長されて形成されていてもよい。
また、図1、図2に示すように、第2の電極層5上に集電電極8が形成されていてもよい。集電電極8は、第2の電極層5の電気抵抗を小さくするためのものである。集電電極8は、例えば、図1に示すように、光電変換セル10の一端から接続導体7にかけて線状に形成されている。これにより、第1の半導体層3の光電変換によって生じた電流が第2の電極層5を介して集電電極8に集電され、接続導体7を介して隣接する光電変換セル10に良好に導電される。よって、集電電極8が設けられていることにより、第1の半導体層3への光透過率を高めるために第2電極層5を薄くした場合でも、第1の半導体層3で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、光電変換効率を高めることができる。
集電電極8は、第1の半導体層3への光透過率を高めるとともに良好な導電性を有するという観点から、50〜400μmの幅を有していてもよい。また、集電電極8は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
集電電極8は、例えば、Ag等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
次に、原子数比Cの分布と光電変換効率との関係について、具体例を示して説明する。
ここでは、まず、次の工程[a]〜[d]を順次に行なうことで第1の半導体層を作製するための原料溶液を作製した。
工程[a]:I−B族元素の有機金属錯体である10mmolのCu(CHCN)・PFと、ルイス塩基性有機化合物である20mmolのP(Cとを、100mlのアセトニトリルに溶解させた後、室温(例えば25℃程度)における5時間の攪拌によって第1錯体溶液を調製した。
工程[b]:金属アルコキシドである40mmolのナトリウムメトキシド(CHONa)と、カルコゲン元素含有有機化合物である40mmolのHSeCとを、300mlのメタノールに溶解させ、さらに、6mmolのInClと4mmolのGaClとを溶解させた後、室温における5時間の攪拌によって第2錯体溶液を調製した。
工程[c]:工程[a]で調製した第1錯体溶液に対して、工程[b]で調製した第2錯体溶液を1分間に10mlの速度で滴下することによって、白い析出物(沈殿物)を生じさせた。この滴下処理の終了後、室温における1時間の攪拌と、遠心分離機による沈殿物の抽出とを、順次に行なった。この沈殿物の抽出時には、遠心分離機によって一旦取り出された沈殿物を500mlのメタノールに分散させた後に遠心分離機で沈殿物を再度取り出す工程を2回繰り返し、最後にこの沈殿物を室温で乾燥することで、下記の構造式(1)および構造式(2)で示される錯体化合物を混合物で得た。なお、構造式(1)および構造式(2)中のPhはフェニル基である。
Figure 0005627781
Figure 0005627781
工程[d]:工程[c]で得られた錯体化合物に有機溶媒であるピリジンを添加することで、錯体化合物の濃度が45質量%である溶液を調整した。その後、この溶液に対して、セレン化銅(CuSe)の粉末を種々の量で添加し、80℃における60分間の攪拌によって粉末を溶液中に溶解させることで、III−B族元素(InおよびGa)に対するCuの原子数比が異なる複数の原料溶液を作製した。
次に、ガラスによって構成される基板の表面にMo等からなる第1の電極層が成膜されたものを用意し、第1の電極層の上に原料溶液をブレード法によって塗布した後に、100℃に15分間保持する乾燥によって皮膜を形成した。この皮膜形成を、Cuの原子数比が異なる原料溶液を用いて順次繰り返し、3層の皮膜の積層体を形成した。その後、水素ガスとセレン蒸気ガスとの混合気体の雰囲気下で上記積層体の熱処理を実施した。この熱処理では、室温付近から400℃まで5分間で昇温し、400℃で2時間保持した後に、自然冷却することで、CIGSからなる第1の半導体層に相当する評価用の半導体層を形成した。なお、評価用の半導体層は、厚み方向の原子数比Cの分布が異なるものを3種類用意した。
さらに、上記の評価用の半導体層までが形成された各基板を、アンモニア水に酢酸亜鉛とチオ尿素が溶解された溶液に浸漬することで、第1の半導体層の上に厚さが50nmのZnSからなる第2の半導体層を形成した。そして、この第2の半導体層の上に、スパッタリング法によってAlがドープされたZnOからなる第2の電極層を形成して、評価用の光電変換装置を作製した。
このようにして作製された評価用の各光電変換装置の第1の半導体層の断面において、第1の半導体層の厚み方向の組成分析をX線光電子分光法(XPS)を用いて行なった。
図4〜図6は評価用の各半導体層の分析結果のグラフである。図4では、第1の半導体層のIII−B族元素に対するCuの原子数比Cが第1の電極層との界面(第1の電極層からの距離が0nmの部位)で最大値を示している。そして、この界面から第1の半導体層の厚み方向の中央部に向かって原子数比Cは減少し、第1の電極層からの距離が310nmの部位で極小値を示している。そして、この極小値から第2の半導体層に向かって原子数比Cは増加している。また、図5では、第1の半導体層の原子数比Cが、第1の電極層との界面(第1の電極層からの距離が0nmの部位)から第1の半導体層の厚み方向の中央部に向かって減少し、第1の電極層からの距離が400nmの部位で極小値を示している。この第1の電極層からの距離が0〜400nmの領域における原子数比Cの傾斜は、図4に比べて緩やかになっている。そして、この極小値から第2の半導体層に向かって原子数比Cは増加している。また、図6では、原子数比Cは第1の電極層から離れるに従って緩やかに増加しており、極小値は示していない。この図6の光電変換装置は比較例として用いた。
次に、これらの評価用の光電変換装置について、光電変換効率の測定を行なった。光電変換装置における光電変換効率については、いわゆる定常光ソーラシミュレーターを用いて、光電変換装置の受光面に対する光の照射強度が100mW/cmであり且つAM(エアマス)が1.5である条件下での光電変換効率を測定した。
その結果、図4に示される組成分布を有する光電変換装置の光電変換効率は13.2%であった。また、図5で示される組成分布を有する光電変換装置の光電変換効率は11.1%であった。一方、図6で示される組成分布を有する比較例としての光電変換装置の光電変換効率は9.4%であった。以上より、図4および図5に示すように、III−B族元素に対するI−B族元素の原子数比Cが、第1の半導体層の第1の電極層側の一主面側から厚み方向の中央部に向かって減少しているとともにこの中央部から第2の半導体層側の他主面側に向かって増加している第1の半導体層を有することによって、光電変換装置の光電変換効率が10%以上に向上することがわかった。特に、原子数比Cが第1の半導体層の一主面側において最大となっている場合に、光電変換効率がより向上することがわかった。
1:基板
2:第1の電極層
3:第1の半導体層
4:第2の半導体層
5:第2の電極層
10:光電変換セル
11:光電変換装置

Claims (6)

  1. 電極層と、該電極層上に位置するI−III−VI族化合物を含む半導体層とを備えており、
    該半導体層は、III−B族元素に対するI−B族元素の原子数比が、前記半導体層の前記電極層側の一主面側から厚み方向の中央部に向かって減少しているとともに該中央部から前記電極層とは反対側の他主面側に向かって増加していることを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記原子数比は前記一主面側において最大となっている、請求項1に記載の光電変換装置。
  3. 前記中央部は前記一主面と前記他主面との中間よりも前記電極層寄りに位置している、請求項1または2に記載の光電変換装置。
  4. 前記原子数比は、前記半導体層の厚み方向の全体において1よりも小さい、請求項1乃至3のいずれかに記載の光電変換装置。
  5. 前記I−III−VI族化合物はCIGSである、請求項1乃至4のいずれかに記載の光電変換装置。
  6. 前記半導体層は、インジウム元素とガリウム元素との合計に対するガリウム元素の原子数比が前記半導体層の前記一主面側から前記中央部に向かって減少している、請求項5に記載の光電変換装置。
JP2013521509A 2011-06-22 2012-05-29 光電変換装置 Expired - Fee Related JP5627781B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013521509A JP5627781B2 (ja) 2011-06-22 2012-05-29 光電変換装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011138427 2011-06-22
JP2011138427 2011-06-22
JP2013521509A JP5627781B2 (ja) 2011-06-22 2012-05-29 光電変換装置
PCT/JP2012/063788 WO2012176589A1 (ja) 2011-06-22 2012-05-29 光電変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5627781B2 true JP5627781B2 (ja) 2014-11-19
JPWO2012176589A1 JPWO2012176589A1 (ja) 2015-02-23

Family

ID=47422431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013521509A Expired - Fee Related JP5627781B2 (ja) 2011-06-22 2012-05-29 光電変換装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9184329B2 (ja)
JP (1) JP5627781B2 (ja)
WO (1) WO2012176589A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7476835B2 (ja) 2021-03-29 2024-05-01 井関農機株式会社 精米設備

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6317877B2 (ja) * 2012-10-16 2018-04-25 ローム株式会社 光電変換装置および光電変換装置の製造方法
EP3021367B1 (en) * 2013-07-12 2020-06-03 Solar Frontier K.K. Thin-film solar cell

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10135498A (ja) * 1996-10-25 1998-05-22 Showa Shell Sekiyu Kk カルコパイライト系多元化合物半導体薄膜光吸収層 からなる薄膜太陽電池
JP2005228974A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池とその製造方法
JP2006049768A (ja) * 2004-08-09 2006-02-16 Showa Shell Sekiyu Kk Cis系化合物半導体薄膜太陽電池及び該太陽電池の光吸収層の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286306A (en) * 1992-02-07 1994-02-15 Shalini Menezes Thin film photovoltaic cells from I-III-VI-VII compounds
US20120180870A1 (en) * 2009-09-30 2012-07-19 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10135498A (ja) * 1996-10-25 1998-05-22 Showa Shell Sekiyu Kk カルコパイライト系多元化合物半導体薄膜光吸収層 からなる薄膜太陽電池
JP2005228974A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池とその製造方法
JP2006049768A (ja) * 2004-08-09 2006-02-16 Showa Shell Sekiyu Kk Cis系化合物半導体薄膜太陽電池及び該太陽電池の光吸収層の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7476835B2 (ja) 2021-03-29 2024-05-01 井関農機株式会社 精米設備

Also Published As

Publication number Publication date
US20140069492A1 (en) 2014-03-13
US9184329B2 (en) 2015-11-10
WO2012176589A1 (ja) 2012-12-27
JPWO2012176589A1 (ja) 2015-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120204939A1 (en) Structure and Method for High Efficiency CIS/CIGS-based Tandem Photovoltaic Module
TW201203576A (en) Single junction CIGS/CIS solar module
JPWO2004090995A1 (ja) 太陽電池
US20130118569A1 (en) Method for forming thin film solar cell with buffer-free fabrication process
JP5627781B2 (ja) 光電変換装置
JP2013098191A (ja) 光電変換装置
WO2011052646A1 (ja) 光電変換装置、光電変換モジュール、および光電変換装置の製造方法
JP5451899B2 (ja) 光電変換装置
WO2013111443A1 (ja) 光電変換装置
JP5918042B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
JP5813139B2 (ja) 光電変換装置
JP2012015257A (ja) 光電変換装置および光電変換装置の製造方法
JP5566335B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
JP5683377B2 (ja) 半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法
JP6189604B2 (ja) 光電変換装置
JP5832229B2 (ja) 光電変換装置
JP5618942B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
JP2014022562A (ja) 光電変換装置の製造方法
WO2014017354A1 (ja) 光電変換装置
JP2012195553A (ja) 半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法
JP2012169485A (ja) 半導体形成用化合物の製造方法、半導体層の製造方法および光電変換装置の製造方法
JP2013012722A (ja) 光電変換装置の製造方法
WO2014115466A1 (ja) 光電変換装置
JP2014187215A (ja) 光電変換装置
JP2012049452A (ja) 光電変換装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5627781

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees